[운동생리학] 골격, 신경계와 호르몬, 에너지대사, 심혈관계

[운동생리학] 골격, 신경계와 호르몬, 에너지대사, 심혈관계

 

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골격 : 뼈와 관절 

 

  골격은 인체의 형태를 유지할 수 있도록 돕는 기관이다. 인간의 골격은 약 200개의 뼈와 이를 연결하는 관절들로 구성되어 있으며 골격근에 의해 움직인다. 이 중에서 관절은 뼈·연골 인대·건과 근육이 만나는 접점으로, 뼈의 움직임에 있어 매우 중요한 역할을 수행한다. 

관절의 구조

  그렇다면 연골, 인대, 건은 무엇일까? 

 

  흔히 물렁뼈라고도 불리는 연골(cartilage). 연골은 뼈가 맞닿는 부분에서 마찰을 줄여주는 조직으로, 물·콜라겐·당단백 등으로 구성되어 있다. 

 

  인대(ligaments)는 뼈와 뼈를 이어주는 강한 섬유성 결합 조직이다. 관절의 형태를 유지하고, 정해진 방향으로 일정 범위 내에서만 움직이도록 해 관절과 근육을 보호한다. 

 

  건(tendon)은 흔히 힘줄로 알려져있는데, 뼈와 근육을 이어주는 결합조직이다. 우리가 가장 잘 알고 있는 아킬레스건 역시 종아리 근육과 뒤꿈치 뼈를 이어주는 힘줄이다. 근육의 수축력을 전달하여 관절 운동이 일어날 수 있도록 만든다. 

  

(좌) 인대 ligaments / (우) 건 tendon

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신경계와 호르몬

 

  신경계와 호르몬 모두 인체의 신호체계로, 우리 몸의 신진대사를 조절하며 최적의 신체 능력을 발휘할 수 있도록 하는 조직이다. 신경계와 호르몬은 신호의 전달 방식 등에서 다양한 차이점을 보인다. 신경계는 전기신호를 사용하고, 적극적인 신호체계인 반면 호르몬은 화학적이고 수동적인 신호체계라고 할 수 있다. 

 

신경계 (by. 전기신호)

  신경계는 크게 두뇌·척수와 관련된 중추신경계와 말초신경계로 나뉜다. 말초신경계는 다시 자율신경과 체성신경으로 나뉘는데, 운동신경의 경우 체성신경에 해당한다. 신경계의 분류를 표로 나타내면 다음과 같다. 

중추신경계	두뇌, 척수
말초신경계	자율신경	교감신경-부교감신경의 길향반응을 통해 기본적인 생명 반응 총괄
	체성신경	운동신경 해당

 

+) 중추신경계가 운동 신호를 제어하는 방법 

• 대뇌피질에 의존하는 피라미드로 pyramid tract : 무언가에 집중하거나 익숙하지 않은 동작을 할 때 가동
• 본능적 영역의 영향을 받는 비피라미드로 extra pyramid tract : 반복 학습한 동작을 저장하는 기능 

 

호르몬 (by. 혈액을 통한 특정 화학물질) 

  우리 몸의 다양한 내분비기관(뇌하수체, 갑상선, 난소, 고환, 부신 등)에서 다양한 호르몬을 분비한다. 호르몬은 화학적 특성에 따라 단백질계 호르몬과 스테로이드계 호르몬으로 분류할 수 있다. 수많은 호르몬 중에서 대표적으로 운동과 관련된 호르몬은 다음과 같다. 

 

성장호르몬	뇌하수체에서 분비하는 단백질계 호르몬	신체 각 부위 세포 증식 촉진  혈당치 높임 지방세포에서 지방산을 혈액 속으로 분비 간에서 성장호르몬 자극
갑상선 호르몬	갑상선에서 분비하는 단백질계 호르몬	전신에 작용해 신진대사 빠르게 함  지방세포에 지방산 분비하게 함
엔도르핀 endorphin	뇌에서 분비	모르핀 유사물질
코티졸  cortisol	부신피질에서 분비하는 스테로이드계 호르몬	심한 스트레스 받거나 장시간 운동 수행 시 상승  힘든 상황에서 몸에 부족한 당분과 에너지 공급을 위해 응급처지 수행 (근육 단백질 분해하여 얻은 아미노산으로 당신생 과정)
카테콜라민  (아드레날린, 도파민 등)	부신수질과 교감신경에서 분비하는 호르몬	흥분, 스트레스 상황에서 분비됨 심박수와 혈압을 높이고 당신생 자극해 당분 확보

 

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에너지 대사

 

  모든 생명체는 에너지를 필요로 한다. 우리 몸 역시 활동에 필요한 에너지를 위해 음식물을 섭취하고, 대사과정을 통해 음식물을 에너지원으로 만든다. 이 때, 대사과정의 결과로 생성되는 ATP(아데노신 삼인산, Adenosin Triphosphate)가 에너지 대사의 기본 단위이다.

 

1단계 : ATP-PC 시스템 [무산소성 ATP 대사] 

  우리가 운동을 하기 시작할 때, 1차적으로 근육 내에 있는 ATP를 사용한다. 하지만 근육 내에 저장된 ATP의 양은 소량이기 때문에, 빠르게 고갈된다. 지속적인 운동, 움직임을 위해선 ATP를 어디선가 끌어오거나 생성해야한다는 것이다. 

  ATP는 아데노신에 인산기가 3개 달린 유기화합물이다. ATP가 에너지를 낼 경우, 3개의 인산기 중 한 개의 인산기가 분리되며 ADP(아데노신 2인산)이 된다. 이후 ADP는 근육 내에 있는 크레아틴인산(PC, phosphocreatine)에서 인산을 받아 ATP로 재생된다. 다시 말해, 가장 처음엔 근육 내 저장된 ATP를 1차 에너지원으로 사용하고, 그 과정에서 만들어지는 ADP를 다시 2차 에너지원인 크레아틴인산(PC)을 통해 ATP로 재생하는 것이다. 

 

  1단계 ATP-PC 시스템은 길게는 90초, 짧게는 10초 정도만에 크레아틴인산(PC)이 고갈되어 사용할 수 없게 된다. 

 

 

2단계 : 젖산 대사 

근육 내 크레아틴인산(PC)이 고갈된 뒤에는 당분(근육 내 저장된 탄수화물인 글리코겐)을 사용해야한다. 하지만, 아직 산소가 부족한 상태이기 때문에 당분이 불완전 연소 과정을 거쳐 젖산(Lactic Acid)으로 바뀌며 ADP→ATP 반응을 돕는다. 이 과정에서 근육과 핏속에 젖산이 축적된다. 

 

 

3단계 : 글리코겐 유산소 대사 → 글리코겐-지방산 대사 

  글리코겐을 충분히 태워 산소를 공급하기 시작하면 유산소 대사가 시작된다. 유산소 대사가 시작된 이후에도 최대한의 ATP 생성을 위해 무산소 대사가 같이 진행된다. 일정 시간이 지나게 되면, 탄수화물과 지방이 동시에 타기 시작하며 글리코겐-지방산 대사가 진행된다. 시간이 지날수록 지방산 대사 비율이 더욱 증가한다. 

 

▼참고하면 좋은 글 ▼

[운동생리학] 근육과 에너지 (ATP, 에너지시스템)

 

 

+ 산소부채와 운동 후 추가연소

  고강도 운동의 경우 정상적 당분, 지방연소로는 에너지 생성이 한계가 있기 때문에 불완전 연소를 통해 부족분을 메운다(=젖산 대사). 젖산 대사를 통해 젖산이라는 노폐물이 생성되더라도, 에너지를 만드는 것이다. 불완전 연소 과정에서 생성된 노폐물(젖산)을 치우는 과정에서 산소와 에너지를 사용하게 된다. 이를 EPOC(Excess Post-exercise Oxygen Consumption)  효과라고 한다. 

 

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심혈관계 (심폐 능력) 

  심폐능력은 신체 능력을 지지하는 기반으로 크고 발달된 근육 유지와 신진대사·회복력·면역력에 영향을 미친다.

 

  운동의 성격이나 유형에 따라 심장이 다르게 발달한다. 특정 부위를 단시간 집중적으로 운동하는 근력 운동의 경우, 운동하는 근육 주변의 혈관은 넓어지지만 그 외 신체 대부분 혈관은 수축한다. 운동을 할 경우 전반적으로 혈압이 올라가는데, 이 때 대부분의 혈관이 수축되어 있어 심장에서 피를 내보낼 때 저항도 커진다. 좁아진 혈관으로 피를 보내기 위해 강한 압력이 필요하게 되기 때문에, 근력운동을 할 경우 심근(심실벽)이 두꺼워진다. 

 

  반면 유산소 운동의 경우 말 그대로 산소를 필요로 한다. 전신의 혈관이 혈류를 최대한 받기 위해 확장하기 때문에, 피를 내보내는 저항도 낮아진다. 운동 중 전신에서 많은 혈류를 필요로 하기 때문에 심실의 용적이 큰 심장으로 발달하게 된다.